Comparative Study Between IEEE Std. 80-2000 and Finite Elements Method Application for Grounding Systems Analysis

7/26/2019 Comparative Study Between IEEE Std. 80-2000 and Finite Elements Method Application for Grounding Systems Analysis

1/5

C o m p a r a t i v e S t u d y

b e t w e e n IEEE Std

80-2000

and

Finite E l e m e n t s

Method

a p p l i c a t i o n

for

Grounding S y s t e m s A n a l y s i s

L . M. C o a

A b s t r a c t - T h i s

p a p e r

p re se nt s a b r i e f c o m p i l a t i o n o f t y p i c a l

a n d

p a r t i c u l a r

c a s e s

o f g r o u n d i n g

s y s t e m s

c a l c u l a t i o n

u s i n g

p r o c e d u r e s p r o p o s e d b y

IEEE

s t d 8 0 - 2 0 0

[ 1 ] ,

s i m u l a t e d b y

means o f

a

s o f t w a r e

d e v e l o p e d u n d e r

t h e

m a t h e m a t i c a l t o o l

M a t l a b , b a s e d o n t h e F i n i t e E l e m e n t s Method

[ 2 ] .

T h i s

s t u d y

c o n s i s t s ,

b a s i c a l l y , o f

t a b l e s

a n d

g r a p h i c s

t h a t

s h o w s a s e r i e s o f

i n t e r e s t i n g

r e s u l t s

a n d o f f e r

a r e l i a b l e a n d p r a c t i c a l

i n s t r u m e n t

f o r t h e

g r o u n d i n g

s y s t e m s d e s i g n .

I n d e x T e r m s - - G r o u n d p o t e n t i a l

r i s e ,

g r o u n d r e s i s t a n c e ,

p r o g r a m m i n g , p r o t e c t i o n s , s t e p v o l t a g e , t o u c h

v o l t a g e .

I . NOMENCLATURE

1 g

G r o u n d f a u l t c u r r e n t .

t f

F a u l t d u r a t i o n t i m e .

h

G r o u n d i n g s y s t e m d e p t h .

R g

G r o u n d r e s i s t a n c e

h s

S u r f a c e m a t e r i a l t h i c k n e s s .

H F i r s t l a y e r t h i c k n e s s .

p

U n i f o r m

s o i l

r e s i s t i v i t y .

P i

F i r s t

l a y e r


P 2

S e c o n d

l a y e r r e s i s t i v i t y .

P s

S u r f a c e m a t e r i a l


I I . I N T R O D U C T I O N

T

HE

s i m p l i f i e d t e c h n i q u e s

f o r

g r o u n d i n g s y s t e m s

d e s i g n

i n

s u b s t a t i o n s

a n d t r a n s m i s s i o n l i n e s

a l l o w

t h o s e

p e r s o n s

w i t h a b a s i c

t r a i n i n g

i n

t h e s e

t y p e

o f

s y s t e m s ,

t o b e a b l e t o

m a k e t h i s w o r k

h a v i n g n o n e e d

o f

t h e

u s e o f

m o r e

c o m p l e x

c a l c u l a t i o n t o o l s .

H o w e v e r ,

i n s o m e

p a r t i c u l a r

c a s e s t h e

r e s u l t s o b t a i n e d b y t h e s e

m e a n s

d o n o t r e p r o d u c e

a c c u r a t e l y

t h e

r e a l i t y

a n d ,

i n

g e n e r a l l i n e s ,

t h e

s y s t e m may

b e

o v e r s i z e d

t o

a c c o m p l i s h

w i t h

t h e

a p p l y i n g

n o r m s

a n d r e c o m m e n d a t i o n s .

I n

s o m e

c a s e s ,

t h e

p r o b l e m s

f o u n d e d

i n t h e

p r a c t i c e

c a n t b e

a n a l y z e d u s i n g s i m p l i f i e d

t e c h n i q u e s

w i t h o u t

i n c u r r i n g

i n

i m p o r t a n t e r r o r s , s o

i t

c a n b e

n e c e s s a r y

t o

u s e m o r e

c o m p l e x


a l g o r i t h m s .

L . M . C o a i s w i t h I n e l e c t r a

S . A . C . A . , L e c h e r i a , A n z o a t e g u i ,

V e n e z u e l a

e m a i l :

l u i s . c o a g i n e l e c t r a . c o m ) .

I I I . THE SOFTWARE

SPATC

p r o g r a m

w a s

d e s i g n e d

i n I n e l e c t r a S . A . C . A .

f o r

t h e


o f

t h e

d e t e r m i n i n g

p a r a m e t e r s

i n t h e

d e s i g n

o f

g r o u n d i n g

s y s t e m s .

T h i s

p r o g r a m w a s

d e v e l o p e d

u n d e r

t h e

c a l c u l a t i o n s t o o l

M a tl ab f r o m M a t h w o r k s ,

I n c .

O n e

o f t h e

m o s t i m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i c s

o f t h e SPATC i s

i t s

c a p a c i t y

t o c o l l e c t

t h e d a t a o f t h e g r o u nd i ng s y s te m

f r o m

a

d x f

f i l e

g e n e r a t e d

o n c e

m a d e

t h e

d r a w i n g

o f t h e

g r o u n d g r i d

i n

A u t o C A D .

T h e

p r o g r a m a l l o w s

t h e u s e r

t o s e l e c t

a

d x f f i l e

t h a t

c o n t a i n s

a l l t h e

d a t a

r e l a t i v e

t o

d i me n si o ns o f

t h e

g r o u n d

g r i d ,

o f f e r i n g a g r a p h i c a l

i n t e r f a c e

a n d

a v o i d i n g

t h e r e f o r e

t h e

t e d i o u s w o r k o f

h a v i n g

t o

i n t r o d u c e

t h i s i n f o r m a t i o n

m a n u a l l y .

T h i s

c h a r a c t e r i s t i c

o f t h e

p r o g r a m r e q u i r e d

o f a

c o n s i d e r a b l e

t i m e

f o r

t h e

e s t a b l i s h m e n t o f a p a t t e r n w i t h i n

t h e

d x f

f i l e t h a t a l l o w e d

l o c a t i n g

t h e i n f o r m a t i o n

n e e d e d

f o r

t h e

SPATC t o

a c c o m p l i s h

t h e

c a l c u l a t i o n s . I t w a s a d e l i c a t e

s t a g e

o f t h e

p r o c e s s ,

c o n s i d e r i n g

t h a t w h e n

d r aw in g u p

a

s i m p l e

l i n e

i n

A u t o C A D , t h e

g e n e r a t e d

d x f f i l e

i s

a n

A S C I I

f i l e

c o n f o r m e d

b y a p p r o x i m a t e l y

6 t h o u s a n d

l i n e s o f

c h a r a c t e r s .

T h e SPATC

F i g .

1 ) o f f e r s

t o t h e

u s e r

a

g r a p h i c a l

i n t e r f a c e

t h a t f a c i l i t a t e s

t h e

i n t r o d u c t i o n o f

d a t a

f o r

t h e

g r o u n d i n g

s y s t e m s i m u l a t i o n ,

a l l o w s

i n

a d d i t i o n

t o

r e v i e w

t h e

obtaine d

r e s u l t s

i n a

o r g a n i z e d w a y , i n c l u d i n g g r a p h s a n d

a w r i t t e n

r e p o r t

w i t h

t h e

d a t a a n d

t h e

r e s u l t s

o f

t h e

s i m u l a t e d

p r o j e c t .

1 - 4 2 4 4 - 0 2 8 8 - 3 / 0 6 / 2 0 . 0 0

2 0 0 6 IEEE


2/5

2

A s

i t

i s a p p r a i s e d

i n

F i g .

2 ,

t h e SPATC a l l o w s t o

d i r e c t l y

i n t r o d u c e t h e d a t a i n

t h e

i n i t i a l

s c r e e n ;

t h i s

s c r e e n i s

c o n f o r m e d

b y

t h e

f o l l o w i n g

p a r t s :

r i g .

z .

3 I A

I

C

m a i n

s c r e e n .

A .

S u e l o

S o i l )

T h i s

p a n e l

c o n t a i n s t h e

f i e l d s

c o r r e s p o n d i n g

t o t h e s o i l

m o d e l f o r w h i c h

i s

g o i n g

t o

m a k e

t h e s i m u l a t i o n . I t c o n t a i n s

t h e

f o l l o w i n g

f i e l d s :

1

2 )

3

4

5

6 )

7 )

M o d e l o

d e l S u e l o

S o i l M o d e l ) .

P r o f u n d i d a d

d e l

l

e r

E s t r a t o F i r s t

l a y e r

t h i c k n e s s ) .

R e s i s t i v i d a d

d e l

l e r

E s t r a t o

F i r s t



d e l

2 d o E s t r a t o

S e c o n d


C a p a

A d i c i o n a l

S u p e r f i c i a l

S u r f a c e

m a t e r i a l ) .

A l t u r a

H e i g h t ) .


R e s i s t i v i t y ) .

B . D a t o s

d e l

P r o y e c t o

P r o j e c t

D a t a )

I n t h i s

p a n e l

t h e t e c h n i c a l d a t a

f o r

t h e s i m u l a t i o n s a r e

i n t r o d u c e d ,

m o r e a h e a d t h a t

d a t a w i l l

b e

a l s o i n c l u d e d i n t h e

f i n a l

r e p o r t .

1 ) N o m b r e

d e l

P r o y e c t o

P r o j e c t

n a m e ) .

2 ) C o r r i e n t e

d e

F a l l a

G r o u n d f a u l t c u r r e n t ) .

3 ) P r o f u n d i d a d

d e l

SPAT

G r o u n d i n g

s y s t e m

d e p t h ) .

4 )

C o n d u c t o r .

C . R e s u l t a d o s

R e s u l t s )

I t c o n t a i n s t h e i n f o r m a t i o n r e f e r r e d t o t h e

r e s u l t s

o b t a i n e d

i n t h e s i m u l a t i o n .

I V . THE

METHODOLOGY

T h e

p r o g r a m w a s

b a s e d o n

t h e

m e t h o d d e s c r i b e d

b y

M e l i o p o u l o s

f o r

g r o u n d i n g

s y s t e m s

a n a l y s i s [ 2 ] .

B a s i c a l l y ,

i t

c o n s i s t s o n

g e t t i n g

t h e

s y s t e m p a r t i t i o n e d

i n t o

n f i n i t e c o n d u c t o r

s e g m e n t s

a n d

a s s u m i n g

t h a t

t h e c u r r e n t

o n

e a c h

o n e

o f t h e

s e g m e n t s

i s

u n i f o r m l y

d i s t r i b u t e d

a l o n g

t h e

f i n i t e e l e m e n t .

T h e

t r a n s f e r

r e s i s t a n c e s , m u t u a l

r e s i s t a n c e s

a n d

s e l f - r e s i s t a n c e s f o r

t h e

s e g m e n t s a r e

r e p r e s e n t e d

a s

VDFs

V o l t a g e D i s t r i b u t i o n

F a c t o r s )

a n d t h e

a s s o c i a t i o n

b e t w e e n

t h e

v o l t a g e a n d c u r r e n t s

i n t h e

c o n d u c t o r

s e g m e n t

i

i s :

n

V i =

= R t j I j

j = l

1

W h e r e :

R t u

VDF

b e t w e e n

s e g m e n t s

i

a n d j s e l f

i s

i

= j ) .

V i

P o t e n t i a l

a t c o n d u c t o r

s e g m e n t

I 1 C u r r e n t

f l o w i n g i n t o

e a r t h

f r o m

s e g m e n t j .

n

T o t a l s e g m e n t s

n u m b e r .

D u e t o t h e

l o w

r e s i s t a n c e o f t h e

c o n d u c t o r

m a t e r i a l ,

g e n e r a l l y

i t

i s a s s u m e d t h a t

t h e

e n t i r e

g r o u n d

g r i d

i s

a t

t h e

s a m e

p o t e n t i a l ; t h u s ,

t h e

v o l t a g e

o f

a l l

t h e

s e g m e n t s

w i l l b e

a p p r o x i m a t e l y

e q u a l ,

s o :

V O

V 1

V 2 V n

V

And t h e n ,

t h e

e q u a t i o n s f o r e ac h c o nd uc t or

s e g m e n t

w i l l b e

a s

f o l l o w :

n

V

=

R t l j I j

j = 1

n

V

=

Y R t 2 j I j

j = 1

n

V

=

E ,

R t n j I j

j = 1

W i t h

t h e

e q u a t i o n s s y s t e m a b o v e ,

t h e v a l u e

f o r

t h e

p o t e n t i a l V

i s a s s u m e d t o c a l c u l a t e t h e c u r r e n t s

f l o w i n g

i n t o

e a r t h .

O n c e

obtaine d

t h e

c u r r e n t s ,

o t h e r

p a r a m e t e r s ,

a s

t h e

g r o u n d

r e s i s t a n c e , GP R

a n d

t h e

s u r f a c e

p o t e n t i a l a t

a n y

p o i n t ,

c a n

b e

c a l c u l a t e d :

R

=

V

9

I I

I 2

+ I 3

. . . + I n

GP R

=

I g 9 R g

n

V A

=

j R t A J I j

j = l

2 )

3

4

W h e r e

R t A j

i s

t h e V DF

o r

t r a n s f e r

r e s i s t a n c e )

b e t w e e n

t h e

c o n d u c t o r

s e g m e n t j

a n d

p o i n t

A .

M e l i o p o u l o s p r e s e n t s VDFs

t a b u l a t e d

b y

t r a n s f e r

r e s i s t a n c e s ,

m u t u a l

r e s i s t a n c e s

a n d

s e l f - r e s i s t a n c e f o r

c o n d u c t o r

s e g m e n t s

o r i e n t e d

a l o n g

t h e t h r e e

c o o r d i n a t e a x e s

x ,

y

o r

z

[ 2 ] .

F o r

t w o - l a y e r e d

s o i l

m o d e l s

t h e

p r o c e d u r e

i s

t h e

s a m e ,

b u t

t h e

VDFs

e q u a t i o n s

a r e

r e l a t i v e l y

m o r e

c o m p l e x ,

d u e

t o

t h e

m u l t i p l e s

i m a g e s

p r o d u c e d b y b o u n d a r y

c o n d i t i o n s

b e t w e e n

l a y e r s ; h o w e v e r ,

t h e

e q u a t i o n s

u s e d f o r

t h e s e

c a s e s

s t a r t

f r o m

t h e s a m e

p r i n c i p l e

d e s c r i b e d

b y M e l i o p o u l o s [ 2 ] .


3/5

3

V .

THE S I M U L A T I O N

F o r e f f e c t s o f v a l i d a t i n g t h e r e s u l t s

i n t h i s

d o c u m e n t , t h e

c a s e s

e x p o s e d

i n t h e A n n e x B o f

t h e I E E E

s t d 8 0 - 2 0 0 0 w e r e

u s e d a s

a d e p a r t u r e

p o i n t [ 1 ] ,

f o r w h i c h t h e r e

a r e ,

n e x t ,

c o m p a r a t i v e t a b l e s

a n d t h e c o r r e s p o n d i n g

g r a p h s .

F o r t h e c o n s i d e r e d

c a s e s ,

t h e d e s i g n d a t a a r e

t h e

f o l l o w i n g

o n e s :

I g

1 9 0 8

A .

t f

0 . 5

s .

p

4 0 0 Q . m .

P s

2 5 0 0 Q . m .

s h =

0 . 1 0 2 m .

h

=0 5m

A .

S q u a r e g r i d

w i t h o u t

g r o u n d

r o d s

g r o u n d i n g s y s t e m , t h e

maximum

l i m i t

f o r

t o u c h

v o l t a g e s i s

v i o l a t e d . Among

o t h e r g r a p h s o f f e r e d

b y

t h e

p r o g r a m

F i g .

8 ) ,

a r e t h o s e

o f

t o u c h

v o l t a g e s c o n t o u r s a n d t h e t w o - d i m e n s i o n s

g r a p h s

f o r

t o u c h

a n d s t e p v o l t a g e s i n

t r a j e c t o r i e s

p r e v i o u s l y

i n d i c a t e d .

v d l t a j - s

t i e

T o l u e

an e l

P e r i r r e t r o d e

l a l a l l a

1 c O

bO

c z

0

? n i

1 0 0

F i g .

7 .

Maximum

a n d r e a l

t o u c h

v o l t a g e s

f o r

c a s e

1 .

. . . ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ . . .

~.

I . - . . . . . . .. . . - - U . . . . .. . . . . S E

I

|

I |

ii

l

. . . . . _ l u g g

I

F i g .

6 . S q u a r e

g r i d

w i t h o u t

g r o u n d

r o d s .

T h e s e a r e

t h e o b t a i n e d r e s u l t s u s i n g

b o t h

t e c h n i q u e s .

TABLE I

COMPARATIVE

TABLE

FOR CASE

1

IEEE

s t d 8 0 - 2 0 0 0 SPATC

G r o u n d

r e s i s t a n c e

2 . 7 8 Q 2 . 6 2 Q

GP R 5 3 0 4 V

4 9 9 6 . 2 2

V

IEEE

S ta n d ar d 8 0

m e t h o d g i v e s

i n a d d i t i o n r e s u l t s f o r

maximum

a l l owabl e

t o u c h a n d s t e p v o l t a g e s ,

a s wel l a s t h e

maximum

r e a l

v o l t a g e s

i n

t h e

s y s t e m

f o r w h i c h t h e

c a l c u l a t i o n s

a r e

b e i n g

m a d e .

F o r t h i s

e x a m p l e

t h e

f o l l o w i n g

r e s u l t s

w e r e

o b t a i n e d :

Maximum a l l owabl e t o u c h

v o l t a g e

Maximum

r e a l

t o u c h

v o l t a g e .

8 3 8 . 2 V

1 0 0 2 . 1

V

F o r w h i c h

t h e

SPATC

o f f e r s

t h e

f o l l o w i n g g r a p h F i g .

7 )

t h a t

c o m p r i s e s

o f t h e s e t o f 7

g r a p h s

i n c l u d e d

i n

t h e f o l d e r

w i t h t h e

p r o j e c t

r e s u l t s .

I n

F i g . 7

i t

i s

p o s s i b l e

t o

o b s e r v e

how on t h e corners o f t h e

F i g . 8 . G r a p h s c o n t a i n e d

i n

t h e

r e s u l t s

f o l d e r .

F i n a l l y ,

a n o t h e r o f t h e

m o s t i m p o r t a n t a d v a n t a g e s

o f t h e

SPATC

i s

t h e

p o s s i b i l i t y

o f

o b t a i n i n g

a w r i t t e n

r e p o r t

t h a t

c o n t a i n s t h e d a t a

a n d r e s u l t s

o f t h e

p r o j e c t ,

s p e c i f y i n g

t h e

t o u c h

a n d

s t e p v o l t a g e s

w i t h i t s c o o r d i n a t e s

a n d

c o r r e s p o n d i n g

s t a t u s .

P r o y e c t o

e j 1 1 )

Fecha:

25/3/2006

Hora:

17:53:33

If :

1908[Amps]

t:

0.5[seg]

Resistividad

1 :

40 0 [Ohm-m]

Altura

de

Capa

Adicional en

Superficie:

0.102[m]

PLesistividad

de

Capa

Adicional en

Superficie: 2500[Ohm-m]

Diametro

de

Conductor: 0 . 0 1

[ m]

R es i s t encia

de Malla:

2 .6 186 [Oh m

s ]

G P R :

4

996.

22 2

[Volts]

Longitud aproximada

d el c on du ct o r : 1540

[ m]

Reporte

de

Voltajes

de

Toque y Voltajes

de

Paso

X

[ m r ]

Y

[ m r r ]

St

[ v]

Status

0 . 0 0

0 . 0 0

9 41 . 3 9

EXCEDE

1.75 0 . 0 0 745.45

OK

3.50 0 . 0 0 658.59 OK

5 . 2 5 0 . 0 0

547.41

OK

F i g .

9 . W r i t t e n

r e p o r t s e g m e n t

f o r t h e

c a s e

1 .

0 . 0 0

36.80

1 . 75 31.15

3.50 108.75

5 . 2 5 20 7

28

OK

OK

OK

OK

du o

7 00

ao

Y

[ m Y ]

v s

[

V ]

Statu s


4/5

4

B .

R e c t a n g u l a r

g r i d w i t h g r o u n d r o d s

T h e f o l l o w i n g e x a m p l e e x t r a c t e d

f r o m

t h e I E E E

S t a n d a r d

8 0 a n n e x es c o n s i s t s o f a m e s h

t h a t ,

v e r t i c a l g r o u n d r o d s F i g .

1 0 )

[ 1 ] .

8 4 fm

i n t h i s c a s e , i n c l u d e s

-

--

n TI

I

C . E q u a l l y s p a c e d g r i d w i t h

g r o u n d

r o d s i n

t w o - l a y e r

s o i l

I n o r d e r

t o i l l u s t r a t e

t h e

s i m u l a t i o n o f g r ou nd in g s y s t e m s

f o r t w o - l a y e r e d

s o i l m o d e l s e s

W h i c h

a p p l y

t o

m o s t o f

t h e

c a s e s

i n

t h e

p r a c t i c e ) ,

t h e B . 5

e x a m p l e

o f t h e

IEEE

S t a n d a r d

8 0

a n n e x e s

w a s

u s e d ;

t h i s

a r r a n g e m e n t

i s

s h o w n i n

F i g .

1 2

[ 1 ] .

4 4

i

SO.gm

E

w

R e c t a n g u l a r g r i d w i t h

10

m g r o u n d r o d s .

F o r

w h i c h

t h e f o l l o w i n g r e s u l t s w e r e o b t a i n e d :

TABLE I I

C O M P A R A T I V E

TABLE

FOR CASE

2

IEEE

s t d

8 0 - 2 0 0 0

SPATC

G r o u n d

r e s i s t a n c e

2 . 6 2

Q

2 . 2 5 Q

GP R 4 9 9 8 . 9 6

V 4 2 9 8 . 1 V

T h e r e s u l t s f o r maximum a n d r e a l t o u c h

v o l t a g e s

c a l c u l a t e d

f o r t h e

s y s t e m ,

f o r IEEE

S t a n d a r d

8 0

are

as f o l l o w s

[ 1 ] .

F i g .

1 2 .

C . E q u a l ly s p a c e d g r i d w i t h

g r o u n d

r o d s

i n

t w o - l a y e r s o i l .

And t h e

r e s u l t s

o b t a i n e d

f r o m

t h e c a l c u l a t i o n o f

t h i s case

ar e as

f o l l o w s :

TABLE I I I

COMPARATIVE TABLE F OR CASE 3

Maximum a l l o w a b l e t o u c h

v o l t a g e

Maximum real touch

voltage

8 3 8 . 2 V

5 9 5 . 8 V

IEEE

s t d

8 0 - 2 0 0 0

SPATC

G r o u n d

r e s i s t a n c e

1 . 3 5 3

Q

1 . 3 5 9

Q

GP R

2 5 8 1 . 5 2

V

2 5 9 2 . 9 7

W h e r e a s t h e

r e s u l t s

o b t a i n e d

b y

t h e SPATC f o r t h i s s e c o n d

c a s e ,

ar e

i n t h e

f o l l o w i n g

g r a p h

F i g .

1 1 ) .

V

l t F j e 5

de

T o q L e

en

el

P e - i m c -r o

d o

la

M h a l l a

300

1cL

5

::

400-

z

00

1 c

c

So o

20 0

1 0 0

F i g .

1 1 .

Maximum

a n d r e a l t o u c h

v o l t a g e s

f o r

case 2 .

I t

can b e

o b s e r v e d

t h a t ,

f o r t h i s

c a s e ,

when

t h e g r o u n d

r e s i s t a n c e

v al u e o bt a in ed i s

l o w ,

t h e d i f f e r e n c e

on

t h e r e s u l t s

i s a l m o s t

i n s i g n i f i c a n t . T h i s

s m a l l

d i f f e r e n c e f o r t h e

g r o u n d

r e s i s t a n c e s b r i n g s as a

consequence

a p r o p o r t i o n a l d i f f e r e n c e

b e t w e e n

t h e GP R r e s u l t s f o r

e a c h o ne o f

t h e m e t h o d s .

A d d i t i o n a l ,

t h e

c o m p u t e r program

o f

EPRI

T R - 1 0 6 2 2 ,

a p p l i e d

f o r t h i s

case i n

t h e

IEEE

S t a n d a r d 8 0

[ 1 ] , g i v e s

t h e

f o l l o w i n g

r e s u l t s

f o r t h e

c r i t i c a l

v o l t a g e s .

Em

E s

4 9 . 6 6

o f

GP R

1 8 . 3 3

o f GP R

W h i l e

t h e SPATC

o f f e r s

F i g .

1 3 as a r e s u l t t o e v a l u a t e

t o u c h

v o l t a g e s T h e s e

a r e ,

i n

f a c t ,

t h e

most c r i t i c a l

p o t e n t i a l

d i f f e r e n c e s

i n a

g r o u n d i n g

s y s t e m

d e s i g n )

i n t h e s i m u l a t e d

s y s t e m ,

i n

a d d i t i o n

t o t h e

t w o - d i m e n s i o n

g r a p h s

f o r

t o u c h a n d

s t e p

v o l t a g e s

i n

t r a j e c t o r i e s p r e v i o u s l y s p e c i f i e d .

I

F i g . 1 0 .

. r ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

--

l o o o o w

j

0

. 1

-

r

I

I


5/5

5

V ; o l t a j u -

d-

T o q j e

en PI

P P e r i m i * o t

d u

l a

M 1 a l a

I X . BIOGRAPHY

L u i s Coa

was

b o r n

i n

B a r c e l o n a ,

1 L w* -

A n z o a t e g u i

V e n e z u e l a ,

on

M a y

2 4 ,

1 9 8 3 .

He

g r a d u a t e d

f r o m t h e U n i v e r s i d a d d e

O r i e n t e .

H i s

e m p l o y m e n t e x p e r i e n c e

i n c l u d e s

I n e l e c t r a ,

S . A . C . A .

H i s

s p e c i a l

f i e l d

o f

i n t e r e s t

i n c l u d e s

p r o g r a m m i n g , g r o u n d i n g

S y s t e m s , d i g i t a l s y s t e m s .

a r

40~

6 0

4 0

2 0

F i g .

1 3 .

Maximum a n d

r e a l t o u c h

v o l t a g e s f o r c a s e 3 .

V I .

ACKNOWLEDGMENT

T h e a u t h o r g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e s

t h e

c o n t r i b u t i o n s o f

S .

M e l i o p o u l o s f o r h i s

p r e v i o u s l y

r e s e a r c h

o n

t h i s

t o p i c .

V I I . C O N C L U S I O N S

O n e

o f

t h e d i f f e r e n c e s

b e t w e e n b o t h

p r e v i o u s l y

s t u d i e d

m e t h o d s i s

t h e

f o r m

i n

w h i c h

t h e

c r i t i c a l

v o l t a g e s

f o r

t h e

c a l c u l a t e d

s y s t e m

a r e

g i v e n .

D u r i n g

t h e

d e v e l o p m e n t

o f

t h e

SPATC a

g r e a t i m p o r t a n c e

w a s

p i d

o n

k n o w i n g

n o t

o n l y

t h e

v a l u e

f o r

t h e

maximum r e a l

t o u c h

v o l t a g e

i n t h e

s y s t e m ,

bu t

a l s o t h e s e

v o l t a g e s

b e h a v i o r i n a l l t h e a r e a

o c c u p i e d

b y

t h e

s i m u l a t e d

g r o u n d g r i d ,

s i n c e

t h i s

a l l ows t o l o c a t e

p o i n t s

o f

s p e c i a l

i n t e r e s t

o n t h e

c o r r e s p o n d i n g p l a n e s

o f

t h e

f a c i l i t i e s ,

i n

s u c h a

way

t h a t i s

p o s s i b l e

t o t a k e

t h e

n e c e s s a r y p r e v e n t i v e

a c t i o n s

a t

t h e t i m e

o f e x e c u t e a

g r o u n d i n g s y s t e m d e s i g n .

I t

c a n

b e

o b s e r v e d

i n

a d d i t i o n , t h a t

e x i s t s

a d i f f e r e n c e s

p a t t e r n

b e t w e e n

t h e

r e s u l t s o f

g r o u n d

r e s i s t a n c e

a n d

t h e r e f o r e

o f

G P R ;

t h e v a l u e s

g i v e n b y

t h e

m e t h o d

p r o p o s e d

b y

IEEE

S t a n d a r d

8 0

a r e

g e n e r a l l y

m o r e

p e s s i m i s t s ,

e v e n

w h e n t h i s

f a c t o r i s n o t

n e c e s s a r i l y

u n f a v o r a b l e i t

c a n

t a k e t h e

d e s i g n

t o

a n

o v e r s i z i n g .

A l s o

i t

w a s

s t a t e d ,

b y

m e a n s o f

t h e

s i m u l a t i o n s ,

t h e

f a c t

t h a t

t h e

m o s t c r i t i c a l t o u c h

v o l t a g e s

c a n b e f ou n d i n

t h e

c o r n e r s f o r

r e c t a n g u l a r

m e s h e s

c a s e s ,

a s o b s e r v e d f o r c a s e

1

i n

F i g . 7 .

F i n a l l y

i t

i s

p o s s i b l e

t o

a f f i r m

t h a t

t h e f i n i t e e l e m e n t s

m e t h o d s

r e p r e s e n t

w i t h o u t

a d o u b t

a

v e r y

e f f e c t i v e

i n s t r u m e n t

f o r t h e

g r o u n d i n g

s y s t e m s s t u d y ,

s i n c e

t h e y

o f f e r

t h e

p o s s i b i l i t y

o f

m a k i n g

a

c l o s e s t

t o

t h e r e a l i t y d e t a i l e d a n a l y s i s .

I n

s p i t e

o f

i n v o l v i n g

m o r e

c o m p l e x

a l g o r i t h m s

o f

c a l c u l a t i o n s

t h a t

r e q u i r e s

t h e u s e o f

c o m p u t a t i o n a l t o o l s ,

i s

n e c e s s a r y

t o

c o n s i d e r

t h a t ,

n o w a d a y s , n e e d i n g

a

c o m p u t e r

i s n o t

r e a l l y

a

l i m i t a t i o n .

V I I I .

R E F E R E N C E S

[ 1 ]

IEEE

G u i d e

f o r

S a f e t y i n AC

S u b s t a t i o n

G r o u n d i n g ,

IEEE S t d 8 0 - 2 0 0 0

R e v i s i o n o f

IEEE S t d

8 0 - 1 9 8 6 ) .

Ne w

Y o r k ,

USA.

2 0 0 0 .

[ 2 ] 5 . M e l i o p o u l o s ,

P o w e r

S y s t e m

G r o u n d i n g

a n d T r a n s i e n t s ,

M a r c e l

D e k k e r ,

I n c .

Ne w

Y o r k ,

USA. 1 9 9 8 .

Documents

Comparative Study Between IEEE Std. 80-2000 and Finite Elements Method Application for Grounding Systems Analysis